风力发电机及风力发电控制技术研究

风力发电机及风力发电控制技术研究
摘要:能源和环境是21世纪人类面临的重大问题,面对有限的,不断减少的自然资源,全球都在高度关注再生资源,并致力于研究相关技术.我国的地理特点决定了风能具有很大的开发潜力.文章分析了常用的风力发电控制技术,希望能够为风力发电机的相关研究提供技术支持
关键词:风力发电;发电控制技术;智能控制;变桨距控制
引言
        风力发电是一种新型的能源发电方式,通过风力发电机与风力发电控制技术的有效应用可以推动风力发电智能控制系统的建设,进而在我国的能源利用事业上起到重要的推动作用,推动其社会经济、环保价值的提高,有效的实现对发电效果与发电质量的控制。
一、风力发电机及风力发电控制技术理念概述
(一)风力发电机
(1)传统风力发电机
        笼型异步发电机属于传统发电机中最为常用的一种,其工作原理是使用用于无功功率补偿的电容器,以与同步速度平行的恒定速度运行,使用恒定上升攻击或有源信息亭刀以及与一速或两速发电机一起工作。绕线式异步发电机是基于电机转子由一个外部可变电阻组成,其工作原理是通过电力电子设备调节转子电路的电阻,以调节发电机的滑差速度,使发电机的滑差频率提高10%,可以实现有限的工作变速。
        为了降低异步发电机网络中功率转换器的功率,在风力发电系统中广泛使用双电源异步发电机,并且可以通过控制转差频率来实现对发电机双馈速度的控制。然而,这种类型的发动机具有电刷结构,该电刷结构的可靠性可忽略不计并且需要频繁维护,使其不适合在环境非常恶劣的风力涡轮机发电系统中运行。
(2)新型风力发电机
        新型发电机是近些年来风力发电机技术改进后的新型装置设备,比较有代表性的就是开关磁阻发电机,开关磁阻发电机基于其简单的结构与高能量密度的影响,有着较好的过载能力与动静态性,可以更好的保证其可靠性与效率。
        无刷双馈异步发电机是基于对电刷取消只有实现的电磁调节效果,可以有效调节速度,永磁无刷直流发电机可以将二极管与直流单波绕组进行连接,效率更高,寿命更长。永磁同步发电机是在永磁体结构上实现低风速资源应用的重点,进而可以有效的推动发电时间与发电效果。
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(二)风力发电技术
        现阶段我国常用的风力发电技术就是定桨距失速风力发电技术、变速风力发电技术、主动失速、混合失速发电技术以及变桨距风力发电技术。这些发电技术基本上都是依照空气动力学实现的风力运转与风力输出效果,在高效率影响下,风俗的变化与风力的变化之间形成了稳定的、趋于平稳的处理效果,更好的突出了转矩脉动补偿的优势,在风力发电中值得进一步推广应用。
2、风力发电控制技术的重要作用
风力发电控制技术应用的重要作用主要体现在以下几点中:(1)在风力发电中,通过对风力发电控制技术的科学合理应用,使得风力发电控制技术的应用范围与推广范围得到拓展。
在一定程度上,缓解我国能源紧张与能源压力问题,减少对资源的消耗。提升工作质量与工作效率,促使风力发电能够在我国得到更好发展,同时推动风力发电能够朝着智能化与现代胡方向进步。(2)特别是在大型风力发电控制工作中,将风力发电控制技术优势发挥出来[1]。可以减少对土地资源的占用,系统运行功率也将会得到提高。变桨距以及变速恒频技术的优化与完善,将规模局限性问题更好解决。特别是在对直驱技术的应用中,可以节约更多风力发电费用成本,提升资源利用率。通过该种方式,可以创造更多经济效益、社会效益以及生态效益,防止对周围环境造成破坏。
3、风力发电控制技术
        风力发电不被视为传统常规电源,就是在于风力的不可控性,风力发电的稳定性不足,如何将风力有效的转化成电力,成为一直以来研究的课题,这也就是风力发电控制的目的和价值,而通常调节风力发电的原理和措施,无外乎通过变桨、偏航、变功率柜来调节。柴火灶
        (一)定桨距失速风力发电技术
        “定浆距”简单来说就是风车叶片的形态与轮载的连接是固定的,无法通过变桨和偏航来调节叶片的角度,迎风角度只会随着风向的变化而变化,“失速”是一种复杂的空气动力学过程,风车叶片在面对风速较大的情况时,气流攻角增大到失速条件,会在风车叶片表面形成涡流,在背风面形成絮流,降低了风力采集的效率,限制了风力产电的功率,但发电会保持整体相对稳定的状态[3]。
        此技术的优缺点都很明显,优点是造价便宜,并且失速调节较为简单,可以应对很多风速情况,只是利用叶片的被动失速调节而不用做其他的控制。那么缺点也随之而来,首先,风车的叶片较重(相对变桨距风力发电机来说),对风力发电机其他零部件会产生不同程度磨损,其次,风力发电机只是被动失速控制,虽然能应付大多数情况,但精度却不高,最后,风力发电机无法达到最大程度的能量获取,被动失速其实是失去和抵消风能的控制系统,失去了采集风能的最初意义,也因此,此技术大多用在小型风力发电机上,很少在大型风力发电机组上运行。模具水嘴
        (二)变桨距风力发电技术
        “变桨距”顾名思义就是改变叶轮的形态(桨距角),使叶轮垂直投影改变,具体来说
就是如果定义叶片与地面垂直时为0°,水平时为90°,那么90至0°叫做开桨,反之叫做顺桨,风力发电机的输出功率随着风速增加而增加,风速在3-8m左右时叶片是完全展开的;当风速超过8m时(部分机组可能会10m左右才开始变桨),当叶片顺桨,整体叶片受力减少,风机载荷也减小,但是输出功率因为风速的原因并不会减少,因此能保证额定的输出功率,风机在20m左右时会完全顺桨,同时风机停止运行,并进行偏航保证机组载荷最小。目的是在额定风速前捕获更多的能量,就要使得叶尖速比维持在一个最佳的状态,优化输出功率。
        变桨距风力发电技术的优缺点也很明显,优点是能够自主调节,根据风速的变化完成自主调节,调节有一定难度但技术完全可以实现,叶片的受力较小,因此能够更加灵活精巧,也能够最大程度完成能量转化,并且在高风段还能保持功率的稳定性。不过缺点也有,比如变桨结构复杂,花费更大,当风速过大时,如果风机桨叶不收回对整个风机的载荷会非常大,严重者导致严重损坏或报销。
        (三)主动失速技术
        通过上述两点的阐述,相信对“变桨距”以及“失速”已经有所了解,而主动失速调节性技
术,就是将上述两种调节控制技术融合的技术,充分吸取了被动失速和桨距调节的优点,利用“变速+变桨”,使得在额定风速前捕获更多的风能,使得叶尖速比维持在一个固定的值,同时能具有变速和变桨的优点,使得控制起来更灵活,效率更好[4]。蒸汽减压减温装置
结束语
        综上所述,上文先分析了风力发电机的构成以及发电的过程,再按照采风方式的分类以及按照发电特征的分类,其次介绍了风力控制的原理和相应的技术分析,通过良好的控制和调节,能够最大程度收集风能,并保持相对稳定的发电能力。风力发电领域有非常广泛的发展前景与应用面,而随着科技的进步,相信其会越来越好,值得期待。
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[1]魏宪华.关于风力发电技术与功率控制策略的研究分析[J].《湖南农机:学术版》,2013:99-100.
[2]赵朝锋.风力发电机及风力发电控制技术综述[J].《低碳世界》,2015:58-59.

本文发布于:2024-09-23 14:37:53,感谢您对本站的认可!

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